Высокий темп освоения новых знаний, создание наукоемкой продукции и передовых технологий, а также масштабные исследования обеспечивают эффективное решение комплекса задач. Научно-исследовательский институт пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций Университета гражданской защиты МЧС в рубрике #инновации_в_мире_науки каждую неделю рассказывает о мировых технологических лидерах и инновациях научно-технического развития в области обеспечения безопасности.
Аннотация
В данном исследовании представлен метод изготовления микрокапсул перфторгексанона с использованием микрофлюидной капельной матрицы в сочетании со стратегией сшивания и отверждения хитозана. Разработанный для таких применений, как подавление локализованных электрических пожаров в шкафах и предотвращение распространения теплового разгона в литий - ионных аккумуляторных модулях, этот подход обеспечивает стабильное хранение и высвобождение чистого огнетушащего вещества под воздействием температуры. Структурная характеристика подтверждает образование неповрежденных микрокапсул с эффективной инкапсуляцией типа «ядро-оболочка». Полученный материал демонстрирует исключительно низкую скорость утечки при комнатной температуре и выраженный термический отклик, вызывающий быстрое высвобождение примерно при 200 °C. Испытания показали, что он может значительно снизить повышение температуры в электрощитках; экспериментальная группа снизила пиковую температуру в точках испытаний на 69,5%. В экспериментах по распространению теплового разгона в литий-ионных батареях этот материал также замедлял начало теплового разгона и подавлял пиковые температуры, задерживая его на срок до 200 секунд. Такое сочетание делает микрокапсулы очень подходящими для локального тушения пожаров и чистого пожаротушения в замкнутых пространствах.
Проблема. Литий-ионные батареи широко используются, но склонны к тепловому разгону, вызывающему пожары и взрывы. Традиционные системы пожаротушения (заливка газом/водой) срабатывают с задержкой, не могут проникнуть внутрь модулей и неэффективны на ранней стадии, особенно при выделении горючих газов.
Предлагаемое решение. Высокоэффективные микрокапсулы с огнетушащим веществом (структура «ядро-оболочка»), которые разрушаются при нагреве и локально тушат очаг. В исследованиях использовались оболочки из смол, микрофлюидные технологии, аэрогели и микроволокна. Однако главная проблема — баланс между стабильностью хранения (плотная оболочка) и быстрым срабатыванием (чувствительная оболочка).
Новизна работы. Авторы предлагают микрокапсулы на основе перфторгексанона — экологически чистого вещества с высоким теплопоглощением и подавлением радикалов, но очень летучего. Для оболочки использован хитозан (сшитый глутаральдегидом), который образует плотную оболочку, предотвращая утечку, но термически разрушается при высоких температурах. Технология микрофлюидного капельного темплатирования обеспечивает однородность и контролируемое высвобождение.
Результаты. Достигнут баланс между длительной стабильностью и надёжным срабатыванием. Микрокапсулы успешно применены для:
раннего тушения электрических пожаров в замкнутых пространствах;
предотвращения распространения теплового разгона в аккумуляторных модулях.
Эксперименты подтвердили выдающиеся противопожарные и теплозащитные свойства, что открывает перспективы инженерного применения для локальной активной защиты батарей.
Проблема. Урбанизация усложнила тушение пожаров, а традиционное оборудование не обеспечивает ни портативности, ни полноценного мониторинга состояния пожарных и обстановки. Необходимы интеллектуальные костюмы с огнезащитой, датчиками и возможностью подключения к IoT для оперативного принятия решений.
Существующие разработки. В последнее время активно развиваются «умные» противопожарные ткани, интегрирующие датчики температуры и давления (например, на основе трибоэлектрических наногенераторов TENG или резистивного мониторинга деформации). Ряд исследований показал перспективность таких решений для дистанционного оповещения и контроля движений.
Ограничения.
Огнезащита на основе традиционных антипиренов (полифосфорная кислота) работает по принципу «затухания после воспламенения», что недостаточно для жёстких условий пожара.
Мониторинг на основе TENG фиксирует только динамические движения и не способен отслеживать статические состояния (например, внезапную остановку пожарного, которая может сигнализировать об опасности). Резистивный метод лишён этого недостатка, но требует внешнего питания (что решаемо миниатюрной батареей).
Новизна работы. Вдохновившись чешуёй гадюки, авторы разработали органическо-неорганическую гибридную нано-«броню» на основе нового двумерного материала M(OH)(OCH₃) (M = Co, Ni), впервые синтезированного методом роста in situ, и проводящего полипиррола (PPy). PPy обеспечивает чувствительность к температуре и давлению за счёт своей проводимости, а синергия с M(OH)(OCH₃) неожиданно значительно повышает огнестойкость (хотя сам PPy обычно не считается огнезащитным).
Результаты. Создана «умная» хлопчатобумажная ткань, сочетающая:
высокую огнестойкость (превосходящую традиционные антипирены);
термочувствительность и чувствительность к давлению;
возможность резистивного мониторинга статических состояний.
Это открывает путь к разработке полноценных интеллектуальных противопожарных костюмов нового поколения, интегрированных в системы IoT для повышения безопасности спасателей.
Создавая уникальное: ствол-монитор для автолестниц
Помимо ученых в профильных институтах МЧС России, на земле находятся умельцы, которые занимаются конструкторской деятельностью и мастерят для своих боевых товарищей уникальные приспособления. Таким является ствол-монитор из частей старой списанной пожарной техники Ямало-Ненецкого автономного округа.
Это четвертый экземпляр, изготовленный по инициативе и чертежам сотрудников гарнизона из деталей стационарного лафетного ствола. Первые три успешно противостоят огненной стихии в ПСЧ региона.
Идею развил заместитель начальника 2 пожарно-спасательного отряда Петр Узгорский. На рубеже веков появилась задумка создать универсальный переносной лафетный ствол, похожий на «Малыш», который успешно применяли для тушения пожаров внутри чердачных помещений, но с возможностью установки на любые виды автолестниц. Получившейся 20-килограммовой установкой можно менее чем за 10 минут переоборудовать стандартные для МЧС России пожарные автомобили. Конструкция подвижна и может выдавать до 30 литров жидкости в секунду. Огнеборец самостоятельно управляет стволом, контролирует зону тушения и определяет направление, силу и формирование струи огнетушащих веществ для достижения максимального результата.
Новый ствол-монитор изготовили специально под АЦЛ-3.0-40/4-24 – автоцистерну с автолестницей, недавно поступившую в отдаленный микрорайон Ноябрьска – Вынгапуровский. Появление этой машины создало условия для внедрения ствола и позволило существенно усилить боевые возможности местного подразделения. Микрорайон расположен в 100 километрах от города, имеет преимущественно малоэтажную деревянную застройку и небольшое пожарное депо. При позднем обнаружении пожара и сильном ветре оперативная локализация очага становится критической задачей для предотвращения распространения огня и спасения жилых строений.
